JPS5850064B2 - 同期制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は同期制御方式に関し、特に、たとえば１つの
中継機を介して時分割多元接続無線通信（ＴＤＭＡ通信
）を行なう場合の同期制御方式に関する。

第１図はこの発明の背景となる時分割多元接続通信を説
明するための図であり、４つの局Ａ、Ｂ。

ＣおよびＤが１つの中継機の同一通信帯域を用いて相互
に通信を行なう場合を模式的に示したものである。

横軸に時間ｔをとっており、Ｔｆはフレーム長であって
固定とする。

いま、Ｃ局が新たに信号を送出しようとする場合、すで
に通信中のＡ局、Ｂ局およびＤ局の信号に何らの隋書を
与えることなく、Ｃ局に割り当てられたタイムスロット
すなわち基準タイミングよりＴｃとして定められた位置
に信号を挿入する必要がある。

さらに、Ｃ局がこの信号を挿入した後は隣接するＢ局お
よびＤ局のバーストと時間的に重ならぬよう相互にＧで
示した保護時間（ガードタイム）を保つように信号の送
信時間を制御しなければならない。

ところで、衛星を介して時分割多元接続通信を行なう場
合、この送信時間の制御は重要な問題であり、前者の技
術はアクイジションと呼ばれ、後者の技術はバースト同
期と呼ばれる。

アクイジション法としては、距離推定法、帯域外周波数
使用法、低レベル送信法などがある。

バースト同期については基準バーストと自局バーストと
の相対的受信時間関係を基にして同期を維持するクロウ
ズドループ方式と、地球局位置による伝播遅延の差と衛
星ドリフトによる伝搬遅延の変化をガードタイムに見込
んで基準バーストの受信時間のみから同期を得るオープ
ンループ方式がある。

現在運用中の５ＰＡＤＥ方式や間もなく運用に入るＰＣ
Ｍ−ＴＤＭＡ方式では、アクイジションに低レベル送信
法を用いたクロウズドループ方式を採用している。

この方式では、既知の技術によりガードタイムを１００
ｎｓ程度に抑えることができるが、装置の費用が高価に
なり、自局バーストはフレーム周期毎に常に送出してお
く必要があり、またアクイジションに時間がかかりすぎ
る等の欠点がある。

これに対し、運用が開始されだしたｓｃｐｃ−ＤＡＭＡ
システムにおける共通信号回線の時分割多元接続方式と
してオープンループ方式が一部で採用されている。

この方式は、制御が非常に単純で装置が安価にでき、ア
クイジション動作が不用であるなどの利点を持つ反面、
相当のガードタイムを必要とする。

第２図は、地球局位置による衛星までの距離と、衛星を
介して戻ってくる自局信号の伝播遅延を仰角で評価した
図である。

図示から明らかなように、衛星通信システム内に位置す
る地球局の仰角が、例えば５°−６０°であったとする
と、約３０ｍ５ｅｃものガードタイムが必要となること
がわかる。

したがって、伝送速度を上げてもこのガードタイムによ
る伝送効率の低下は免れず、また局数が増えるとフレー
ム長が長くなり自局のスロット持ち時間が問題となって
くる。

従来の時分割多元接続通信システムにおける同期制御方
式は、上述のように装置コストの低減化と伝送効率の向
上は極端に相反する事柄であったが、各々の方式は適用
領域が明確でシステム運用上必要な手段であったと言え
る。

しかしながら、今後活発化が予想される衛星を利用した
データ通信システムの同期制御方式を考える場合、従来
方式では装置コストと伝送効率の相反塵が太きすぎると
いう欠点があった。

この発明は上述のような従来方式の欠点を除去するため
になされたもので、各地球局は衛星に対する仰角情報を
利用して伝播遅延を計算し、送信タイミング補正を行な
うことにより、経済的にガードタイムを小さくできる同
期制御方式を提供するものである。

この発明を要約すれば、アンテナの自動追尾のために各
局が備える角度検出装置から得られる仰角情報により自
局の伝搬遅延時間を求め、基準局からの基準タイミング
信号を受信した時点において前記仰角情報から求めた伝
搬遅延時間とフレーム長、および自局スロットまでの待
ち時間とにより送信タイミングを決定するような同期制
御方式この発明のその他の目的と特徴は図面を参照して
行なう以下の詳細な説明から一層明らかとなろつ０ まず、この発明の説明に先だち、この発明と関連性を有
する事項について説明する。

地球局設備には、本来アンテナを衛星に自動追尾させる
ための指向角度検出装置が備えられている。

回線設計上から必要最小限にきめられた衛星出力によっ
て安定に通信を行なうためには、駆動精度はビーム幅の
少なくともｌ／ｌＯ以下に抑える必要がある。

したがって、例えば４〜６ＧＨｚにおける開口径２５〜
３０ｍのアンテナのビーム幅は０．１０〜０．２゜程度
であり、１３ｍクラスの小型アンテナのビーム幅は０．
３°〜０．４°程度であるから、駆動精度として各々０
．０１°以下と、０．０３°以下の値が得られる。

地球局アンテナの自動追尾法として、衛星が発射するビ
ーコン信号を利用する自己追尾モードと、予測された衛
星軌道情報に基づいてアンテナを駆動するプログラム制
御モードがあり両者が並用されている場合が多い。

プログラム制御モードでは、指向角度検出装置がかなめ
であり、仰角と方位かディジタル情報で得られる。

地球を完全な球体とみた場合、このうち仰角θから伝搬
遅延Ｔｐを求めることができ、解析の結果第（１）式と
なる。

ただし、Ｃ＝ ３ Ｘ Ｉ Ｏ８ｍ／ ｓ ｅｃ （光
速）、Ｒ６，３７６ｋｆｒＬ（地球の半径）、ｈ＝３５
，８６０ｋＩｒｌ（衛星と衛星直下点までの距離）、β
− この値を、地球局にデータ交換制御装置として設置され
る、例えばマイクロコンピュータなどで計算して求める
ためには、相当数のプログラムステップ数を必要とする
。

また、伝搬遅延Ｔｐを求める式目体が地球を完全球体と
した近似式であり、さらに前記したアンテナの駆動精度
も考慮に入れなければならないので、伝搬遅延は第（１
）式を厳密に計算して得ることにあまり意味がなく、第
（１）式を関数近似してやる方法が有効であると思われ
る。

しかし、この問題は、この発明とは別の技術の問題であ
り、ここでは詳しく述べない。

第３図は計算により求めたアンテナ仰角と伝播遅延の関
係を示した図であり、特に図示では、近似関数として以
下に示す第（２）式と第（３）式とを選んだ場合を示し
、同時に元の第（１）式の計算結果も示す。

図示から明らかなように、５！θ≦６０°に対する近似
関数と元の第（１）式との誤差は、第（２）式の場合で
Ｏ，” ６ ｍ ｓｅ ｃ程、第（３）式で０．８ｍ５
ｅｃ程であり、ガードタイムとして１ｍ５ｅｃ程度とれ
ば十分であることかわかる。

第４図は、仰角情報から得られた伝搬遅延時間を基にし
て送信タイミング補正を行なう、この発明を説明するた
めの時間関係図である。

特に図示では、局数が３局の場合を示し、局＃１が基準
局である。

図において、１は衛星時間軸、２は地球局時間軸、３は
基準バーストを示す。

各地球局は、まず基準バースト３を受信すると、その時
点の仰角から伝搬遅延を計算する。

局ｋにおける伝搬遅延をＴｐ、にとする。

各局のバースト長が一定であり、これをｔｂとすると、
スロット長ｔ５はｔ５＝ｔｂ十Ｇ（Ｇはガ゛−ドタイム
）であるから、いま、局数が３の場合にはフレーム長Ｔ
ｆ＝３ｔｓとなる。

各局は基準バーストを受信すると、その時点の仰角から
例えば（第２式）や（第３式）などを用いて伝搬遅延を
計算する。

各局は、基準バースト受信後ｔｋ＝Ｔｆ Ｔｐｔｋ後に
データを送信すると、衛星時間軸１上で丁度型なる、す
なわち時間軸が一致することになる。

したがって、各局からの送信バーストが衛星時間軸１上
で重なり合わないように配列されるためには、局には基
準バースト受信後Ｔｋ＝ ｔ’に十（ｋ−１）・ｔＳ後
に送信すればよい。

ただし、このＴｋの値がＯ≦ＴｋくＴｆの条件を満たさ
ない場合は遅延カウンタを働かせている間に、新たに基
準バーストを受信することになる。

この場合は、複数個の独立した遅延カウンタを持つなど
制御が煩雑になるので、実際には局にはＯ≦Ｔｋ／＝Ｔ
ｆ十ｎ−Ｔｆ＜Ｔｆとなるような整数ｎ（ｎ＝−１、ｏ
、 ｉ 、 ２、−）を選んで、基準バースト受信後
Ｔｋ／後に送信するよう４図の例ではｎ＝０である。

第５図は、この発明による同期制御方式を利用した、時
分割多元接続通信系における地球局設備の一構成例のブ
ロック図である。

特に図示では、アンテナ駆動系として、自己追尾モード
とプログラム制御モードの２つのモードを持つ場合を示
す。

図において、この地球局設備はアンテナ４、無線系送受
信装置５、送信ゲート６、送信バッファ７゜基準バース
ト受信装置８、受信バッファ９、データ交換機１０、受
信バッファ１１、送信バッファ１２、地表中継線装置１
３、同期制御装置１４、角度検出装置１５、アンテナ駆
動装置１６、追尾モードを自己追尾モードとプログラム
制御モードとに切り換えるためのモード切換装置１７１
アンテナ駆動の自己追尾制御を行なうための追尾信号受
信装置１８、アンテナ駆動のプログラム制御を行なうた
めのプログラム制御装置１９、標準時刻信号を出すため
の時計２０を含んで構成される。

次に、第４図と第５図を参照してこの発明の同期制御方
式の動作を説明する。

まず、地球局の動作を述べる。

今、モード切換装置１７が自己追尾モードに切り換えら
れているものとする。

アンテナ４が衛星の発射するビーコン電波を受けると、
このビーコン信号は無線系送受信装置５を介して、追尾
信号受信装置１８に与えられる。

追尾信号受信装置１８は、前記ビーコン信号に基づいて
指令信号を発生し、この指令信号はモード切換装置１７
を介してアンテナ駆動装置１６に与えられる。

アンテナ駆動装置は前記指令信号により、アンテナ４を
ビーコン電波の到来方向、すなわち衛星の方向に駆動制
御する。

そして、角度検出装置１５は、アンテナ４が向いている
方向の角度情報（仰角情報を含む）を常時検出する。

なお、プログラム制御モードで衛星を追尾する方法は、
プログラム制御装置１９内で、衛星軌道情報とアンテナ
４の角度情報（角度検出装置１５で検出される情報）と
をたとえばディジタル計算手段で比較し、時計２０によ
って定める各時刻ごとに両者を一致させるようにアンテ
ナ駆動装置１６を駆動する方法である。

この方法は、一般に自己追尾モードの予備として設けら
れるものであるので、その詳細は省略する。

地表中継線装置１３を経由して送られ、かつ受信バッフ
ァ１１に蓄積された送信すべき情報は、データ交換機１
０を介して送信バッファにいったん蓄積される。

この送信信号は、同期制御装置１４から送信ゲート６に
与えられる制御信号（詳しくは後述される）により、自
局の時間スロットだけ伝送されるように制御される。

そして、送信ゲート６を通過した送信すべき信号は無線
系送受信装置５を介してアンテナ４から発信される。

逆に、アンテナ４で受信されるＴＤＭＡ（時分割多元接
続）バースト信号は、無線系送受信装置５に与えられ、
基準バースト受信装置８を介していつたん受信バッファ
９に蓄積される。

そして、受信バッファ９からの受信情報は、さらにデー
タ交換機１０を経由して送信バッファ１２に蓄積された
後、地表中継線装置１３に与えられる。

次に、この発明の特徴となる同期制御装置１４の動作を
中心に述べる。

アンテナ４が正しく衛星の方向に向けられている時、同
期制御装置１４が、基準バースト受信装置８により基準
バースト３（第４図）を受信すると、角度検出装置１５
からの仰角情報（θ）より、たとえば第（２）式または
第（３）式を用いて伝搬遅延ＴＩ）、ｋを計算する。

同期制御装置１４は、この伝搬遅延に、さらに前述した
ような自局のタイムスロットの待ち時間（ｋ−１）・ｔ
ｓを加算し、送信タイミングを決定する。

そして、この決定された送信タイミング信号に基づいて
、同期制御装置１４はデータ交換機１０が送信バッファ
７にデータを送る開始時間を制御するとともに、自局デ
ータバーストの送信時間だけ電波を出すように送信ゲー
ト６を匍脚する。

なお、第５図では、この発明による同期制御装置を分離
設置した場合を示したが、データ交換機１０またはプロ
グラム制御装置１９の中のプログラム処理の１つとして
その機能を果たしてもよい。

また、上記実施例では、静止衛星を用いた時分割多元接
続通信における同期制御装置に適用した場合を示したが
、この衛星は静止衛星に限らず、仰角から伝搬遅延を算
出する手段さえ備えていれば移動衛星の場合にも適用で
きる。

さらに、一般的には、アンテナの自動追尾機能と角度検
出装置を持った移動体無線通信系における時分割多元接
続通信の同期制御方式としても適用できる。

以上のように、この発明によれば、ハード／ソフトの比
較的簡単な付加で本来アンテナの自動追尾のために各局
に設置されているアンテナの角度検出装置から得られる
仰角情報を利用して伝搬遅延を算出することにより送出
タイミング補正ができるので、オープンループ方式にお
いて欠点とされていたガードタイムをかなり小さくする
ことができる。

したがって、安価にしかも伝送効率の高い時分割多元接
続通信システムを構成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は時分割多元接続通信を説明するための図である
。 第２図は地球局におけるアンテナ仰角に対する衛星まで
の距離と伝播遅延の関係を示した図である。 第３図は計算により求めたアンテナ仰角と伝播遅延の関
係およびその近似曲線を示した図である。 第４図はこの発明の一実施例による送信タイミングの決
定を説明するための図である。 第５図はこの発明の一実施例の地球局設備の構成のブロ
ック図である。 図において、１は衛星時間軸、２は地球局における時間
軸、３は基準バースト、４はアンテナ、５は無線系送受
信装置、６は送信ゲート、７は送信バッファ、８は基準
バースト受信装置、９は受信バッファ、１０はデータ交
換機、１１は受信バッファ、１２は送信バッファ、１３
は地表中継線装置、１４は本発明による同期制御装置、
１５は角度検出装置、１６はアンテナ駆動装置、１７は
モード切替装置、１８は追尾信号受信装置、１９はプロ
グラム制御装置、２０は時計を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１つの中継機を介して基準局を含む複数の局が時分割
   で無線通信を行なう時分割多元接続無線通信系において
   、 アンテナの自動追尾のために各局が備える角度検出装置
   から得られる仰角情報より自局の伝搬遅延時間を求める
   手段を備え、 前記基準局よりの基準タイミング信号を受信した時点に
   おいて、前記仰角情報より算出した前記伝搬遅延時間と
   フレーム長、および自局スロットまでの待ち時間から送
   信タイミングを決定することを特徴とする同期制御方式
   。